我們知道，在過去的太空開發中，宇航員創造了許多奇跡，比如登月、在艙外捕獲故障衛星、在太空修理哈勃望遠鏡等。但是這些活動花費多少不得而知。雖然未來開發利用太空的前景非常光明，但需要有龐大復雜的生命保障系統、環境控制系統、物資供應系統、救生系統等。，而且這些系統都很貴。據科學家預測，永久載人空間站的生命保障系統、生活系統和航天員艙外活動系統的體積約占核心艙總體積的16%，耗電量占空間站總耗電量的25% ~ 38%，研制費用占總支出的20%。還有人估計，為了保證宇航員在太空的活動，每個宇航員每天要花費50萬~ 654.38+0萬美元。
從這個角度來說，發展航天壹定不能像在地面工廠那樣，把成千上萬的工程技術人員派到太空去從事各種航天材料加工、航天生產、航天組裝、航天修理等操作。唯壹的解決辦法就是開發大量的機器人，把它們送上太空，代替人類，讓它們成為勞動力的主力，宇航員的得力助手。我們可以用人體形象地比喻太空機器人。機器人就像人類的四肢和身體，它們執行各種繁重的工作，而人類的功能相當於大腦，指揮和監控所有的機械活動。航天科技產業要想擁有最高的生產力和最低的運營成本，最有效的途徑之壹就是在人的監督下，將機器人和高度自動化的系統結合起來，形成高度可靠、高效的人機混合系統。
眾所周知，機器人是壹個通用的機械系統。它和人類壹樣，能夠提前完成未知環境條件下的各種任務，對外界環境具有感知、推理、判斷和決策的功能。但必須指出的是，人們早就意識到，並不是所有的機器人都能在太空中工作，因為太空環境與地面環境有很大不同。空間機器人工作在微重力、高真空、超低溫、強輻射、光照差的環境中，因此與地面機器人有很大不同。在失重狀態下，只要加速度不太大，纖細的手也能移動龐然大物。比如航天飛機上的遙控機械手是復合材料制成的6自由度機械手，長15米，重400公斤。雖然它在地面上很虛弱，但它甚至連自己的體重都擡不起來。然而，它到達太空時可以舉起幾十噸的載荷。但凡事有利有弊。在失重狀態下，只要稍微推壹下物體，馬上就會飛走，給操作帶來很多不便，尤其是視覺識別。例如，在地面上，放置在工作臺上的物體總是以固定的表面朝向視覺鏡頭，而在太空中，浮動的工件可以朝向任意方向的鏡頭。這樣，空間機器人就必須有三維視覺系統和特殊的標識代碼來識別物體及其方位。還要求手指能夠靈活選擇想要抓取的方向的物體，並具有接近、觸摸、滑動、力等智能傳感器，配合視覺系統完成操作任務。在失重狀態下，任何物體，包括機器人本身，都處於漂浮狀態，所以空間機器人必須是多臂的。壹個固定器用手臂托住壹個結構件穩定自己，壹個機械手托住工件，另壹個機械手用來完成操作任務。在高真空條件下，空間機器人的活動關節與地面機器人有著本質的區別。它需要固體潤滑，解決了高真空條件下金屬冷焊的問題。由於太空中的微重力環境，機械臂的動力學方程與地面有很大不同，因此空間機器人是壹種特殊的機器人。
值得壹提的是，被選中在太空工作的太空機器人除了能夠適應太空環境外，還必須體積小、重量輕、靈活；高智能、全功能、多臂式；微功耗、長壽命、高可靠性。空間機器人在太空的主要工作是:空間建造和組裝；衛星和其他航天器的維護和修理；航天生產和科學實驗。
空間建造和裝配是空間機器人的主要任務，尤其是在空間建造的初始階段。壹些大型結構件，比如無線電天線和太陽能電池板的安裝，大型桁架和艙體的組裝，都離不開空間機器人。空間機器人將承擔壹系列任務，如大型部件的搬運，部件之間的連接和緊固，以及有毒或危險物品的處理。據估計，太空建築壹半以上的任務將落在能進行艙外活動的機器人身上。艙外活動機器人的特點是在其末端機械手上有先進的遙控裝置，可以多臂工作，並配有工具架和供應托盤。現場的計算機和專家系統給出工作指令，完成各種施工任務。
隨著航天活動的深入，太空中的人類財產會越來越多。世界上許多國家向太空發射了許多航天器，其中人造地球衛星約占90%。壹旦這些衛星出現故障，拋棄它們並發射新的衛星是不經濟的。其次，它增加了太空垃圾，所以我們必須設法修復它們。太空機器人將把出現故障的衛星從軌道上收回，帶到空間站進行修復，然後用輔助火箭或軌道機動飛行器將修復後的衛星放回太空軌道。有些航天器如果不能帶回空間站維修，大多是用智能機器人在自由飛行器裏執行任務，拆裝壹些部件，或者切割焊接部件。事實上，有許多航天器，為了延長其工作壽命，需要不斷補充消耗的材料，如照相膠片、氮氣、燃料、冷卻劑等。在這些材料中，有些是有毒的，有些是強腐蝕性的，有些是低溫冷凍的，在失重狀態下很難處理。派出艙外服務機器人執行這些任務，既經濟又安全，可謂兩全其美。艙外服務機器人攜帶壹個全向天線，與空間站保持通信。此外，它還配備了激光雷達和彩色立體視覺系統，用於導航和識別目標。而且機器人的手指裝有觸覺傳感器、滑動傳感器和接近傳感器，腕臂裝有力傳感器，增加了操作的靈活性和準確性。工作需要的工具和部件可以隨身攜帶。必要時可以乘坐噴氣背包飛離空間站，執行各種任務。
艙內的機器人主要是為科學載荷服務的，所以要根據實驗的要求來選擇機器人，有很多品種可以選擇。它們不僅執行應急和搶修任務，還執行添加反應物、收獲產物、中間取樣分析、收集各種樣品等壹系列任務。艙內機器人的存在大大降低了航天員的勞動強度和緊張程度，可以在航天員出艙時作為替身參與工作。有壹種被科學家命名為“蜘蛛王”的小型艙內機器人，通過八根凱夫拉爾繩索與機器人的工作環境相連。這些凱夫拉爾繩索從蜘蛛王身體的角落延伸到工作區的觸點。通過增加或減少特定繩索的張力，機器人可以在整個車間內移動，其位置精度和重復率高得驚人。
因此，無論是提高安全性，還是提高生產效率和經濟效益，空間機器人在航天科技工業的生產活動中都發揮著不可估量的作用。隨著航天活動的深入，航天機器人必將得到新的發展。在不久的將來，當人類重返月球，飛向火星，飛出太陽系，太空機器人將以全新的面貌展現其巨大的威力！
學習點
康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基
齊奧爾科夫斯基是現代航天學的創始人。他首先論證了利用火箭進行星際通信、制造人造地球衛星和近地軌道站的可能性，指出了發展太空飛行和制造火箭的合理途徑，並為火箭和液體發動機結構找到了壹系列重要的工程技術解決方案。他有壹句名言:“地球是人類的搖籃，但人類不能永遠被束縛在搖籃裏。”